Giải pháp cho những trăn trở về cơ sở hạ tầng ở vùng bờ biển sâu hoặc ngoài khơi xa

Doanh nhân Masahiro Ito - giám đốc điều hành của PowerX - cho rằng phát kiến này sẽ giải quyết những lo ngại về vấn đề cơ sở hạ tầng để xây dựng nhà máy điện gió ngoài khơi ở Nhật. Với đặc trưng là một quốc đảo, 86% năng lượng ở Nhật hiện nay được cung cấp từ nguồn dầu mỏ nhập khẩu, tuy nhiên, Nhật muốn tự sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo và hướng đến mục tiêu đạt được tỷ trọng năng lượng tái tạo 36-38% vào năm 2030. Để đáp ứng mục tiêu này đòi hỏi phải tăng công suất của điện gió ngoài khơi từ 20MW ở hiện tại lên 10GW trong vòng 1 thập kỷ tới. Ito cho biết: “Tại thời điểm hiện tại, chỉ có 270MW điện được sản xuất từ các trang trại gió ngoài khơi, và Nhật có cơ hội mở rộng quy mô và nâng con số này lên 45GW tới năm 2040”.

Tuy nhiên, theo Ito, Nhật được bao quanh bởi vùng nước sâu ven biển, điều này làm giới hạn phạm vi tiềm năng để xây dựng các trang trại gió ngoài khơi. Ông cho biết thêm, khi hình dung một cách tiếp cận mới về “cách thế giới tiêu thụ và truyền tải năng lượng tái tạo” thì giải pháp của PowerX “có thể dỡ bỏ ràng buộc về địa điểm phát điện, điều này sẽ cho phép các địa điểm xây dựng trang trại gió ngoài khơi linh hoạt hơn, đặc biệt là đối với một quốc đảo như Nhật Bản”.

Ito chia sẻ rằng ông đã mường tượng về một tương lai mà ở đó, những con tàu lớn sẽ tự mang điện, thay vì phải vận chuyển nguồn nhiên liệu để đốt và tạo ra điện. Đó là những con tàu khổng lồ được xếp đầy các battery (pin tích trữ năng lượng) để vận chuyển điện từ nguồn năng lượng tái tạo đến các nơi tiêu thụ. Những con tàu này có thể thay thế đường dây truyền tải điện trên không hay cáp ngầm trong nhiều trường hợp, và được xem là một phương pháp có tính bền vững cao để truyền tải điện với quy mô toàn cầu.

Ito còn khẳng định: “Hệ thống cáp ngầm vượt biển truyền thống yêu cầu phải kéo dây cáp dưới đáy đại dương, chi phí rất cao, mang những tác động tiêu cực đến môi trường và tồn tại nhiều hạn chế. Tuy nhiên, với “tàu truyền tải điện”, chúng ta có thể xây dựng một trang trại gió ngoài khơi khổng lồ, cách bờ 100 km và sau đó chỉ việc chuyển tải nguồn điện được tạo ra vào bờ bằng một số lượng tàu nhất định, di chuyển qua lại giữa 2 nơi”. Như vậy, lợi ích mà Ito nhấn mạnh ở đây là những con tàu vận chuyển điện có thể mở ra một cơ hội mới cho các trang trại điện gió ngoài khơi ở khoảng cách xa bờ hơn, nơi có tốc độ gió hàng năm cao hơn và không mang lại bất kỳ tác động cản trở nào.

“Người kết nối” ngoài khơi và đất liền cho Quốc đảo

Mặc dù PowerX ban đầu được thành lập nhằm giải quyết vấn đề cơ sở hạ tầng khi xây dựng nhà máy điện gió ngoài khơi ở quốc đảo Nhật Bản, nhưng với những thách thức về địa lý tương tự nhau, giải pháp của PowerX có thể sẽ trở thành một ứng dụng toàn cầu. Ito cho biết thêm, khu vực tiềm năng để ứng dụng giải pháp này ở Nhật Bản là vùng Hokkaido xa xôi nhưng giàu năng lượng gió ở phía bắc, Tohuku ở phía đông bắc và khu vực Tokyo ở bờ biển phía trung đông. Đây là những nơi có nhu cầu sử dụng điện cao nhất của Nhật Bản.

Ông Ito cho biết: “PowerX có thể sử dụng những con tàu của mình để hợp nhất nguồn điện ở Hokkaido bằng việc truyền tải đến một cảng duy nhất và nạp vào các pin tích trữ trên tàu. Tàu truyền tải điện có thể đi được quãng đường 800 - 900km để đến các cảng có sẵn hệ thống lưới điện và xả điện tại đó. Vì vậy, có thể có 8 đến 12 con tàu rất lớn sẽ xuất phát từ Hokkaido mỗi ngày. Tương tự như các cách vận chuyển thông thường, tàu chỉ cần cập cảng, xả điện, và sau đó quay trở lại các trang trại gió. Điều này cho phép truyền tải điện mà không phải chặt phá rừng, xây dựng, giải phóng mặt bằng, cũng như rút ngắn được thời gian cho những quá trình đó. Các chuyến tàu truyền tải điện này còn có thể cung cấp các dịch vụ phục hồi cho các khu vực bị động đất, sóng thần hoặc các thảm họa khác”.

Trimaran 200-MWh – Mô hình đầu tiên

PowerX dự định sẽ ra mắt một chuỗi các mô hình tàu truyền tải điện, bắt đầu từ chuỗi mô hình Power ARK. Mô hình đầu tiên mang tên Power ARK 100, về cơ bản là một chiếc trimaran 100TEU được chế tạo tùy chỉnh, dự kiến hoàn thành vào năm 2025 và có thể là tàu nhỏ nhất (có khả năng tích trữ năng lượng nhỏ) trong đội tàu, nhưng vẫn đủ để kiểm chứng tính khả thi của thiết kế này.

Power ARK 100 được trang bị 100 pin tích trữ (3.000kWh/pin), tương đương khoảng 200 MWh. Power ARK 100 có thể di chuyển với quãng đường dài tới 300 km nếu chạy bằng điện và thậm chí có thể đi được các chặng đường quốc tế dài hơn nếu chạy bằng cả điện và nhiên liệu diesel sinh học.

PowerX dự kiến hoàn thành mô hình “tàu truyền tải điện” đầu tiên mang tên Power ARK 100 trước 2025. Power ARK 100 là một động cơ điện nặng 2.200 tấn, với chiều dài khoảng 100m, rộng 21.9m, sâu 5m (Nguồn: PowerX).

Đáng chú ý, con tàu được thiết kế cho vùng ven biển Nhật Bản, có thể chịu được bước sóng 6,5 giây và biên độ dao động là 4.5 mét. Ito nhận định, đây là các điều kiện tương ứng với lúc biển động khá mạnh. Ông mô tả thêm: “Các pin tích trữ sẽ được đặt trong các thùng chứa khoảng 50 đến 60 tấn - nặng hơn nhiều so với một tàu container thông thường. Tuy nhiên, con tàu có thể tạo thành một hệ thống vừa vận chuyển hàng hóa, vừa vận chuyển điện. Ví dụ, tàu container Neopanamax với 24.000 container, khi thay thế 3.000 thùng container trong số đó bằng pin tích trữ năng lượng và có thêm các hệ thống, phần mềm và cơ sở hạ tầng phù hợp với con thuyền, chúng ta thực sự có thể vận chuyển không chỉ hàng hóa mà còn vận chuyển cả điện – chẳng hạn với công suất khoảng 1 GW".

Với thiết kế có khả năng mở rộng, PowerX dự đoán các mô hình trong tương lai sẽ mang được nhiều pin tích trữ hơn. Như mẫu Power ARK 1000 sẽ có dung lượng lưu trữ lên tới 2.090 MWh, Power ARK 3000 sẽ có dung lượng lưu trữ lên tới 5.660 MWh. 

Hiện tại, PowerX tập trung vào hiện thực hóa mô hình đầu tiên Power ARK 100 để truyền tải điện.  Công ty sẽ thử nghiệm và kiểm chứng thiết kế này. Nếu kết quả khả thi và có nhu cầu trên thị trường, thì PowerX sẽ cung cấp mô hình tàu lớn hơn vào khoảng năm 2030.

Pin tích trữ năng lượng: Tự sản xuất hay mua ngoài?

Trong khi các tàu truyền tải điện trở thành “nguồn thúc đẩy doanh thu” của PowerX, công ty cũng đã bắt đầu xây dựng nhà máy sản xuất pin tích trữ năng lượng của riêng mình. Nhà máy dự kiến được bắt đầu xây dựng vào năm 2022 và có thể sản xuất hàng loạt vào năm 2024. Các phần tử cấu thành nên pin tích trữ (cells) sẽ được mua từ bên ngoài, sau đó được lắp ráp tại nhà máy tự động và cung cấp cho Nhật Bản. Hiện tại, kế hoạch đang hướng tới quy mô công suất là 1 GWh. Tuy nhiên, đến năm 2028, PowerX muốn tăng công suất lên 5 GWh mỗi năm để phục vụ cho việc tích trữ điện từ lưới, pin sạc nhanh cho xe điện, pin tích trữ của tàu thủy hay hộ gia đình.

Tuy nhiên, Ito cho biết hiện tại PowerX vẫn ưu tiên sản xuất pin năng lượng hàng hải để phục vụ cho tàu truyền tải điện đầu tiên của mình. Đó sẽ là một hệ thống pin với dung lượng rất lớn, lên tới 3.000 kWh, được đặt trong các container và đưa lên thuyền, xếp chồng lên nhau và được kết nối với hệ điều hành của tàu một cách an toàn.

Lược dịch: Nguyễn Thanh Hằng

Tham Khảo: Sonal Patal (2021), Energy Storage, Japanese Firm Unveils Ship Delicated to Storing and Transmitting Offshore Wind Power (26/3/2021). https://www.powermag.com/japanese-firm-unveils-ship-dedicated-to-storing-and-transmitting-offshore-wind-power/